(57)【要約】  前処理後のリグノセルロース系バイオマスの酵素糖化反応により十分に高い濃度の糖液を得ることができるリグノセルロース系バイオマスの処理方法を提供する。【解決手段】リグノセルロース系バイオマスを反応槽２内で前処理してリグノセルロース系バイオマスからリグニンを解離し、又はリグノセルロース系バイオマスを膨潤させて第１の処理物を得る前処理工程と、第１の処理物を反応槽３内で部分的に酵素糖化反応させて流動可能な第２の処理物を得る第１糖化処理工程と、第２の処理物を外気に非接触の状態で反応槽５に移送する移送工程と、第２の処理物を反応槽５内で酵素糖化反応させて糖液を得る第２糖化処理工程とを備える。
2011142290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リグノセルロース系バイオマスを１つの反応槽で前処理した後、他の反応槽に移送して酵素糖化させて糖液を得るリグノセルロース系バイオマスの処理方法において、
リグノセルロース系バイオマスを第１の反応槽内で前処理して該リグノセルロース系バイオマスからリグニンを解離し、又は該リグノセルロース系バイオマスを膨潤させて第１の処理物を得る前処理工程と、
該前処理工程により得られた第１の処理物を第２の反応槽内で部分的に酵素糖化反応させて流動可能な第２の処理物を得る第１糖化処理工程と、
該第１糖化処理工程により得られた第２の処理物を外気に非接触の状態で第３の反応槽に移送する移送工程と、
該移送工程により移送された第２の処理物を第３の反応槽内で酵素糖化反応させて糖液を得る第２糖化処理工程とを備えることを特徴とするリグノセルロース系バイオマスの処理方法。
【請求項２】
請求項１記載のリグノセルロース系バイオマスの処理方法において、
前記第１の反応槽と前記第２の反応槽とは、共通の反応槽であることを特徴とするリグノセルロース系バイオマスの処理方法。
【請求項３】
請求項１記載のリグノセルロース系バイオマスの処理方法において、
前記第１糖化処理工程における前記第１の処理物の酵素糖化反応と、前記第２糖化処理工程における前記第２の処理物の酵素糖化反応とを、セルロース及びヘミセルロースを分解する酵素を用いて行うことを特徴とするリグノセルロース系バイオマスの処理方法。
【請求項４】
請求項１記載のリグノセルロース系バイオマスの処理方法において、
前記第２の処理物は、３０〜１０００ｍＰａ・ｓの範囲の粘度を備えることを特徴とするリグノセルロース系バイオマスの処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リグノセルロース系バイオマスの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止の観点から、その原因の一つと考えられている二酸化炭素排出量を削減することが求められている。そこで、ガソリン等の液体炭化水素とエタノールとの混合燃料を自動車燃料に用いることが検討されている。【０００３】
前記エタノールとしては、植物性物質、例えばサトウキビ、トウモロコシ等の農作物の醗酵により得たものを用いることができる。前記植物性物質は、原料となる植物自体が既に光合成により二酸化炭素を吸収しているので、かかる植物性物質から得られたエタノールを燃焼させたとしても、排出される二酸化炭素の量は前記植物自体が吸収した二酸化炭素の量に等しい。即ち、総計としての二酸化炭素の排出量は理論的にはゼロになるという所謂カーボンニュートラル効果を得ることができる。【０００４】
ところが、前記サトウキビ、トウモロコシ等は、エタノールの原料として大量に消費されると、食糧として供給される量が減少するという問題がある。【０００５】
そこで、前記植物性物質として、サトウキビ、トウモロコシ等に代えて、食用ではないリグノセルロース系バイオマスを用いてエタノールを製造する技術が検討されている。前記リグノセルロース系バイオマスは、セルロースを含んでいるので、該セルロースを酵素糖化によりグルコース等の糖に分解し、得られた糖を醗酵させることによりエタノールを得ることができる。【０００６】
前記リグノセルロース系バイオマスとしては、例えば、木材、稲藁、麦藁、バガス、竹、トウモロコシの茎や葉や芯、パルプ、及びこれらから生じる廃棄物、例えば古紙等を挙げることができる。【０００７】
ところが、前記リグノセルロース系バイオマスは、セルロースの他にヘミセルロース及びリグニンを主な構成成分としており、通常該セルロース及び該ヘミセルロースは、該リグニンに強固に結合されているため、そのままでは該セルロースに対する酵素糖化反応が阻害される。従って、基質としての前記リグノセルロースを酵素糖化反応させるに際しては、予め、該基質からリグニンを解離し、又は該基質を膨潤させて、酵素が該基質に接触できるようにしておくことが望ましい。【０００８】
尚、本願では、「解離」との用語は、セルロース又はヘミセルロースとリグニンとの結合の少なくとも一部を切断することを意味する。又、「膨潤」との用語は、液体の浸入によって結晶性セルロースを構成するセルロース若しくはヘミセルロースに空隙を生じ、又はセルロース繊維の内部に空隙を生じて、該結晶性セルロースが膨張することを意味する。【０００９】
そこで、前記リグノセルロース系バイオマスを用いてエタノールを製造する際には、まず、粉砕した前記リグノセルロース系バイオマスを前処理して、該リグノセルロース系バイオマスからリグニンを解離し、又はリグノセルロース系バイオマスを膨潤させることが行われている。そして、前記前処理後のリグノセルロース系バイオマスを酵素糖化反応させて糖液を得て、得られた糖液を醗酵させることによりエタノールが製造されている。【００１０】
前記前処理と酵素糖化反応とは一般に、別の反応槽を用いて行われている（例えば、特許文献１参照）。ここで、前記のように粉砕したリグノセルロース系バイオマスを前処理すると、該リグノセルロース系バイオマスは、極めて流動性に乏しい湿潤状態の粉体となり、一度に大量に処理しようとするとその攪拌に大きなエネルギーを必要とする。そこで、前記リグノセルロース系バイオマスの前処理は比較的小型の反応槽を用いて行い、該前処理後のリグノセルロース系バイオマスを別の反応槽に移送して酵素糖化反応を行うことにより、効率よくバッチ処理を行うことができる。【００１１】
前述のように、前記前処理と酵素糖化反応とを別の反応槽を用いて行う場合、前記前処理後のリグノセルロース系バイオマスは、前述のように極めて流動性に乏しい湿潤状態の粉末であり、導管により酵素糖化反応用の反応槽へ移送することが困難である。そこで、前記前処理後のリグノセルロース系バイオマスは、前記前処理用の反応槽から取り出された後、搬送用容器等に移され、該搬送用容器等により酵素糖化反応用の反応槽に移送されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−２７１９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、前処理後のリグノセルロース系バイオマスを搬送用容器等に移し、該搬送用容器等により酵素糖化反応用の反応槽に移送した後、酵素糖化反応を行うと、十分に高い濃度の糖液を得ることができないという不都合がある。【００１４】
そこで、かかる不都合を解決するために、本発明は、前処理後のリグノセルロース系バイオマスの酵素糖化反応により十分に高い濃度の糖液を得ることができるリグノセルロース系バイオマスの処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、前処理後のリグノセルロース系バイオマスを搬送用容器等に移し、該搬送用容器等により酵素糖化反応用の反応槽に移送した後、酵素糖化反応を行った際に、十分に高い濃度の糖液を得ることができない理由について種々検討を行った。【００１６】
その結果、前処理後のリグノセルロース系バイオマスを搬送用容器等により酵素糖化反応用の反応槽に移送すると、前記リグノセルロース系バイオマスを該搬送用容器等に移す際、或いは前記移送の間に、該リグノセルロース系バイオマスに雑菌が混入することを知見した。前記雑菌が混入した前記リグノセルロース系バイオマスを酵素糖化反応させると、生成した糖が該雑菌により消費されてしまうために、十分に高い濃度の糖液を得ることができないものと考えられる。【００１７】
本発明者らは、前記知見に基づいてさらに検討を進め、本発明に到達した。【００１８】
そこで、本発明のリグノセルロース系バイオマスの処理方法は、リグノセルロース系バイオマスを１つの反応槽で前処理した後、他の反応槽に移送して酵素糖化させて糖液を得るリグノセルロース系バイオマスの処理方法において、リグノセルロース系バイオマスを第１の反応槽内で前処理して該リグノセルロース系バイオマスからリグニンを解離し、又は該リグノセルロース系バイオマスを膨潤させて第１の処理物を得る前処理工程と、該前処理工程により得られた第１の処理物を第２の反応槽内で部分的に酵素糖化反応させて流動可能な第２の処理物を得る第１糖化処理工程と、該第１糖化処理工程により得られた第２の処理物を外気に非接触の状態で第３の反応槽に移送する移送工程と、該移送工程により移送された第２の処理物を第３の反応槽内で酵素糖化反応させて糖液を得る第２糖化処理工程とを備えることを特徴とする。【００１９】
本発明のリグノセルロース系バイオマスの処理方法では、まず、前処理工程として、第１の反応槽内で、リグノセルロース系バイオマスを前処理して、該リグノセルロース系バイオマスからリグニンを解離し、又は該リグノセルロース系バイオマスを膨潤させる。この結果、前記リグノセルロース系バイオマスに含まれるセルロース又はヘミセルロースに対する酵素糖化反応が可能な第１の処理物を得ることができる。【００２０】
前記第１の処理物は、前記リグノセルロース系バイオマスを前処理して得られたものであり、例えば湿潤状態の粉体であって、流動性を備えていない。そこで、次に、第１糖化処理工程として、第２の反応槽内で、前記前処理工程により得られた第１の処理物を部分的に酵素糖化反応させる。この結果、前記リグノセルロース系バイオマスに含まれる前記セルロース又はヘミセルロースの一部が糖化され、流動可能な第２の処理物を得ることができる。【００２１】
前記第１糖化処理工程は、前記第１の処理物に流動性を付与する程度に該第１の処理物を酵素糖化反応させればよく、前記リグノセルロース系バイオマスに含まれる前記セルロース又はヘミセルロースの全てを糖化させる必要はない。【００２２】
次に、移送工程として、前記第２の処理物を外気に非接触の状態で第３の反応槽に移送する。前記第２の処理物は流動可能であるので、搬送用容器等に移すことなく、遠心ポンプ等の移送手段を用い、前記第２の反応槽から第３の反応槽に導管を介して直接移送することができる。この結果、前記第２の処理物が外気に接触することがないので、該第２の処理物に雑菌が混入することを防止することができる。【００２３】
次に、第２糖化処理工程として、前記第３の反応槽内で、前記移送工程により移送された第２の処理物を酵素糖化反応させる。この結果、前記リグノセルロース系バイオマスに含まれる前記セルロース又はヘミセルロースのうち、前記第１糖化処理工程で糖化されたものの残部が糖化され、糖液を得ることができる。【００２４】
前記第２の処理物は、前記移送工程において外気に非接触の状態とされているので、雑菌が混入しておらず、第２糖化処理工程で生成した糖が該雑菌により消費されることがない。従って、前記第３の反応槽内では十分に高い濃度の糖液を得ることができる。前記糖液は、十分に高い濃度の糖を含むので、エタノール醗酵によるエタノール製造の原料として好適に用いることができる。【００２５】
本発明のリグノセルロース系バイオマスの処理方法によれば、前記前処理ににより得られた前記第１の処理物は、流動性に乏しいので、一度に大量に処理しようとするとその攪拌に大きなエネルギーを必要とする。そこで、前記前処理及び前記第１糖化処理工程と、前記第２糖化処理とを異なる反応槽で行うことにより、前記前処理及び前記第１糖化処理工程を比較的小型の第１の反応槽及び第２の反応槽を用いて少量ずつ行うことが可能になり、効率よくバッチ処理を行うことができる。【００２６】
そして、前記前処理及び前記第１糖化処理工程の後、第３の反応槽で流動可能な前記第２の処理物に対して第２糖化処理工程を行うことにより、十分に高い濃度の糖液を効率よく得ることができる。【００２７】
また、本発明のリグノセルロース系バイオマスの処理方法では、前記第２の処理物に対する雑菌の混入をさらに確実に防止するために、前記前処理工程で得られた第１の処理物に対しても雑菌の混入を防止することが望まれる。ところが、前述のように前記前処理ににより得られた前記第１の処理物は、流動性に乏しく、外気に非接触で移送することが難しい。そこで、本発明のリグノセルロース系バイオマスの処理方法では、前記第１の反応槽と前記第２の反応槽とは、共通の反応槽であることが好ましい。【００２８】
このようにするときには、前記第１の反応槽で前記前処理を行って第１の処理物を得た後、該第１の反応槽をそのまま前記第２の反応槽として、該反応槽内で該第１の処理物を酵素糖化反応させることができる。この結果、前記第１の処理物を、前記第１の反応槽から前記第２の反応槽に移送する必要がなく、該第１の処理物に対する雑菌の混入を防止することができる。【００２９】
また、本発明のリグノセルロース系バイオマスの処理方法では、前記第１糖化処理工程における前記第１の処理物の酵素糖化反応と、前記第２糖化処理工程における前記第２の処理物の酵素糖化反応とを、セルロース及びヘミセルロースを分解する酵素を用いて行うことが好ましい。このようにすることにより、セルロースとヘミセルロースとの両方から糖を得ることができ、前記糖液の濃度を高くすることができる。【００３０】
また、本発明のリグノセルロース系バイオマスの処理方法において、前記第２の処理物は、３０〜１０００ｍＰａ・ｓの範囲の粘度を備えることが好ましい。前記第２の処理物が１０００ｍＰａ・ｓを超える粘度を備えるときには、遠心ポンプ等の汎用の移送手段による移送が困難となる。一方、第２の処理物が３０ｍＰａ・ｓ未満の粘度を備えるには一定温度に長時間保持する必要があるため、製造コストを低減することが難しくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明のリグノセルロース系バイオマスの処理方法に用いる処理装置の一構成例を示すシステム構成図。
【図２】本発明のリグノセルロース系バイオマスの処理方法に用いる処理装置の他の構成例を示すシステム構成図。
【図３】図２に示す反応槽７の一部を切欠いて示す斜視図。
【図４】本発明の第１糖化処理工程における処理物の粘度の経時変化を示すグラフ。
【図５】本発明の第２糖化処理工程において得られた糖液のグルコース濃度の経時変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００３３】
本実施形態のリグノセルロース系バイオマスの処理方法は、リグノセルロース系バイオマスとして稲藁を用い、例えば、図１に示す処理装置１ａを用いて実施することができる。
【００３４】
処理装置１ａは、第１の反応槽２と、第２の反応槽３と、反応槽３の底部から導出された第１の導管４と、導管４が接続される第３の反応槽５と、反応槽５の底部から導出された第２の導管６とを備えている。
【００３５】
第１の反応槽２は、リグノセルロース系バイオマスとして稲藁を前処理して第１の処理物を得るために、稲藁を収容する反応容器２１を備えている。さらに、反応槽２は、反応容器２１の上部に、稲藁投入口２２、アンモニア水投入口２３、圧力調整口２４を備え、底部に第１の処理物を排出する排出口２５を備えている。
【００３６】
第２の反応槽３は、前記第１の処理物を部分的に酵素糖化処理して流動可能な第２の処理物を得るために、前記第１の処理物を収容する反応容器３１を備えている。さらに、反応槽３は、反応容器３１の上部に、酵素投入口３２を備えている。
【００３７】
第１の導管４は、反応槽３で得られた流動可能な第２の処理物を、外気に接触することなく第３の反応槽５に移送する移送手段であり、途中にポンプ４１を備えている。ポンプ４１としては、遠心ポンプ、モーノポンプ等を用いることができる。
【００３８】
第３の反応槽５は、導管４を介して移送された前記第２の処理物を酵素糖化処理して糖液を得るために、前記第２の処理物を収容する反応容器５１を備えている。さらに、反応槽５は、反応容器５１の上部に、酵素投入口５２を備えている。
【００３９】
第２の導管６は、第３の反応槽５で得られた糖液を、次工程の醗酵槽（図示せず）に移送する移送手段である。
【００４０】
次に、図１に示す処理装置１ａによる本実施形態のリグノセルロース系バイオマスの処理方法について説明する。
【００４１】
本実施形態のリグノセルロース系バイオマスの処理方法では、まず、第１の反応槽２で前処理工程を行う。前記前処理工程では、最初に、稲藁投入口２２から反応容器２１に、基質としてリグノセルロース系バイオマスである稲藁を投入する。稲藁は、投入を容易にするために、例えば、カッターミルにより目開き３ｍｍのメッシュを通過する大きさに粉砕されている。
【００４２】
次に、反応容器２１内で前記稲藁を攪拌しながら、アンモニア水投入口２３からアンモニア水を投入し、前記稲藁と前記アンモニア水とが混合された基質混合物を得る。次に、反応容器２１内で前記基質混合物を加熱し、所定温度に所定時間保持することにより、稲藁からリグニンを解離し、又は稲藁を膨潤させて、第１の処理物を得る。
【００４３】
そして、反応容器２１内で前記第１の処理物をさらに加熱し、アンモニアを放散させる。放散されたアンモニアは、例えば、圧力調整口２４から反応容器２１外に放出される。
【００４４】
前述のようにして得られた第１の処理物は、湿潤状態の粉体であり流動性を備えていない。そこで、前記第１の処理物は、第１の反応槽２の底部に設けられた排出口２５から排出され、図示しない搬送容器等に移される。そして、前記搬送容器等により、図１に破線で示すように、第２の反応槽３の反応容器３１に供給される。
【００４５】
次に、第２の反応槽３で、第１糖化処理工程を行う。第１糖化処理工程では、まず、図示しないｐＨ調整剤投入口から反応容器３１内にｐＨ調整剤を加え、前処理工程により得られた第１の処理物を所望のｐＨ、例えば４〜４．５の範囲のｐＨに調整する。前記ｐＨ調整剤としては、希硫酸等の酸を用いることができる。
【００４６】
次に、酵素投入口３２から反応容器３１内に、セルロース及びヘミセルロースを分解する糖化酵素を所定の割合で投入し、さらに必要に応じて所望の含水率とするために水を加える。前記セルロース及びヘミセルロースを分解する糖化酵素としては、セルラーゼ、ヘミセルラーゼ等を用いることができる。
【００４７】
前記糖化酵素として、具体的には、ＧＣ２２０、アクセルレース１０００とアクセルレースＸＣ、アクセルレース１０００とアクセルレースＸＹ、アクセルレース１５００とアクセルレースＸＣ、アクセルレース１５００とアクセルレースＸＹ（以上、ジェネンコア社製）、 メイセラーゼ（登録商標）、アクレモニウムセルラーゼ（以上、明治製菓社製）、Cellic CTecとCellic HTec（ノボザイム社製）等を挙げることができる。
【００４８】
次に、反応容器３１内の温度を調整し、前記第１の処理物を前記分解酵素により酵素糖化反応させる。この結果、前記第１の処理物の稲藁に含まれるセルロース及びヘミセルロースの一部が加水分解されて糖が生成し、流動可能な第２の処理物を得る。
【００４９】
前記第２の処理物は、スラリー状乃至液状であり、３０〜１０００ｍＰａ・ｓの範囲の粘度を備えている。この結果、前記第２の処理物は、流体として、遠心ポンプ又はモーノポンプ等のポンプ４１により導管４を介して移送することができる。
【００５０】
前記第１糖化処理工程では、前記第１の処理物の稲藁に含まれるセルロース及びヘミセルロースの一部が糖化されて流動可能な状態になればよく、前記セルロース及びヘミセルロースの全てが糖化される必要はない。そこで、前記第１糖化処理工程では、以下の方法のいずれかを用いて終了判断を行う。
【００５１】
第１の方法は、目視により、前記第１の処理物がスラリー又は粘度の高い液状に変化したことを確認する。
【００５２】
第２の方法は、前処理工程を終了した後、第１糖化処理工程の開始からの経過時間とともにサンプルを抽出して該サンプルの粘度を測定し、該粘度が所定の粘度に到達したときに、第１糖化処理工程を終了する。
【００５３】
第３の方法は、温度、撹拌速度等の第１糖化処理に関するパラメータの値を固定した上で、第１糖化処理工程の糖化処理を開始し、前記第１の処理物が所定の粘度となるために必要な時間が経過した時点で、第１糖化処理工程の糖化処理を終了する。前記第１の処理物が所定の粘度となるために必要な時間は、予め前記パラメータの値を変化させ、第１糖化処理工程の開始から前記第１の処理物が所定の粘度となるために必要な時間を計測し、決定することができる。なお、本実施形態では、前記第１糖化処理工程の終了判断の方法として、第３の方法を採用する。
【００５４】
前記第１糖化処理工程が終了し、前記第２の処理物が得られたならば、次に移送工程を行う。前記移送工程では、第２の反応槽３の底部から、導管４により前記第２の処理物を取り出すと共に、遠心ポンプ又はモーノポンプ等のポンプ４１により、導管４を介して前記第２の処理物を第３の反応槽５に移送する。前記移送は、導管４を介して行われるので、前記第２の処理物を外気に接触させることなく、反応槽５に移送することができる。
【００５５】
次に、前記第２の処理物が反応槽５に移送されたならば、反応槽５で第２糖化処理工程を行う。第２糖化処理工程では、反応容器５１内の温度を調整し、前記第２の処理物を前記糖化酵素により酵素糖化反応させる。このとき、前記糖化酵素は、反応容器３１で投入され、前記第１の処理物から前記第２の処理物に引き継がれて含有されている糖化酵素をそのまま用いてもよく、さらに酵素投入口５２から反応容器５１内に追加の糖化酵素を投入してもよい。酵素投入口５２から投入される糖化酵素としては、第１糖化処理に用いたものと同一の糖化酵素を用いることができる。
【００５６】
この結果、前記第２の処理物に含まれるセルロース及びヘミセルロースが加水分解されて糖が生成する。前記第２の処理物に含まれるセルロース及びヘミセルロースは、前記リグノセルロース系バイオマスに含まれる前記セルロース又はヘミセルロースのうち、前記第１糖化処理工程で糖化されたものの残部である。
【００５７】
前記第２の処理物は、導管４により外気に接触することなく反応槽５に移送されているので、雑菌が混入しておらず、第２糖化処理工程で生成した糖が該雑菌により消費されることがない。従って、前記第２糖化処理工程により、反応槽５内で十分に高い濃度の糖液を得ることができる。
【００５８】
前記糖液は、前記第２糖化処理工程の終了後、導管６を介して図示しない醗酵槽へ移送される。前記糖液は、十分に高い濃度の糖を含むので、エタノール醗酵によるエタノール製造の原料として好適に用いることができる。
【００５９】
本実施形態では、前記前処理工程と前記第１糖化処理工程とを別々の反応槽２，３を用いて行っている。しかし、前記前処理工程で得られた前記第１の処理物は、前述のように湿潤状態の粉体であり流動性を備えていない。このような第１の処理物を前記搬送容器等を用いて第１の反応槽２から第２の反応槽３に移送すると、その間に第１の処理物が外気に接触し、雑菌が混入することが懸念される。
【００６０】
そこで、本実施形態のリグノセルロース系バイオマスの処理方法は、図２に示すように第１の反応槽と第２の反応槽とを共通の反応槽７とした処理装置１ｂを用いて実施することが好ましい。
【００６１】
処理装置１ｂは、第１の反応槽２及び第２の反応槽３に代えて、第１の反応槽と第２の反応槽３とを兼ねる反応槽７を備えること以外は、図１に示す処理装置１ａと全く同一の構成を備えている。すなわち、処理装置１ｂは、反応槽７の底部から導出された第１の導管４と、導管４が接続される第３の反応槽５と、反応槽５の底部から導出された第２の導管６とを備えている。
【００６２】
反応槽７は、リグノセルロース系バイオマスとして稲藁を前処理して第１の処理物を得ると共に、第１の処理物を部分的に酵素糖化処理して流動可能な第２の処理物を得るために、前記稲藁及び第１の処理物を収容する反応容器７１を備えている。さらに、反応槽７は、反応容器７１の上部に、稲藁投入口７２、アンモニア水投入口７３、圧力調整口７４、酵素投入口７５を備え、底部に第２の処理物を排出する排出口７６を備えている。
【００６３】
図２に示す処理装置１ｂによる本実施形態のリグノセルロース系バイオマスの処理方法では、単一の反応槽７において前記前処理及び第１糖化処理を行う以外は、処理装置１ａの場合と全く同一にして、リグノセルロース系バイオマスの処理を行うことができる。図２に示す処理装置１ｂを用いるときには、第１の処理物と第２の処理物との両方が外気に接触することがなく、雑菌の混入を確実に防止することができるので、反応槽５内でさらに高い濃度の糖液を得ることができる。
【００６４】
本実施形態のリグノセルロース系バイオマスの処理方法において、図２に示す反応槽７として、例えば、図３に示す構成を備えるものを用いることができる。
【００６５】
図３に示す反応槽７は、内部において稲藁及び第１の処理物の混合を行う逆円錐形状に形成された反応容器７１を備えている。反応槽７は、反応容器７１の上部に、稲藁投入口７２、アンモニア水投入口７３、圧力調整口７４、酵素投入口７５を備えると共に、さらに図示しない熱媒体導入口、熱媒体排出口、ｐＨ調整剤投入口を備え、底部には第１の導管４が接続される排出口７６が設けられている。
【００６６】
反応容器７１内には、駆動軸７７と、駆動軸７７によって回転可能に垂下された垂直軸７８とが配設され、駆動軸７７は反応容器７１の上部に設けられた電動モータ等の駆動手段７９により回転駆動される。また、反応容器７１内には、垂直軸７８から水平方向に延出されたアーム８０の先端に攪拌翼８１が設けられている。
【００６７】
反応槽７では、駆動手段７９により駆動軸７７を介して垂直軸７８を回転駆動させ、垂直軸７８に設けられた攪拌翼８１を回転させる。これによって、反応容器７１内に投入された稲藁がアンモニア水等と混合、攪拌され、あるいは第１の処理物が糖化酵素と混合、攪拌される。
【００６８】
また、反応容器７１の外側面部には、反応容器７１内の温度調整を行うために、熱媒体が流通可能に構成されたジャケット部８２が設けられている。ジャケット部８２には、前記熱媒体導入口から導入された熱媒体が流通され、該熱媒体は前記熱媒体排出口から排出される。
【００６９】
尚、本実施形態では、前処理工程として、前記リグノセルロース系バイオマスにアンモニア水を加え、所定温度に所定時間保持するようにしている。しかし、前記前処理工程として、前記リグノセルロース系バイオマスに所定の含水率となるように水を加えた後、反応槽２又は反応槽７を密閉し、攪拌しながら加熱して所定の温度に到達させ、所定時間保持した後、圧力調整口２４又は圧力調整口７４を開放して、該リグノセルロース系バイオマスの温度を低下させる水熱処理を行うこともできる。
【００７０】
次に、本発明の実施例を示す。
【実施例】
【００７１】
本実施例では、まず、リグノセルロース系バイオマスとして含水率１２質量％の自然乾燥稲藁３８６ｋｇを、カッターミルにより目開き３ｍｍのメッシュを通過する大きさに粉砕した。次に、前記稲藁を図３に示す反応槽７（神鋼環境ソリューション社製ＰＶミキサー  内容量：２０００Ｌ）に供給した。【００７２】
次いで、前記稲藁３８６ｋｇの乾燥質量３４０ｋｇに対し、攪拌下に、２５質量％−アンモニア水３４０ｋｇを反応槽７に供給して基質混合物を得た。前記基質混合物において、前記稲藁の乾燥質量に対する前記アンモニア水の質量は、１：１の質量比になっている。【００７３】
次に、前処理工程として、前記基質混合物を、８０℃の温度に、８時間保持した後、攪拌しながら外部から加熱して含水率７．７９質量％，残アンモニア濃度０．２５質量％となるまでアンモニアを放散させ、第１の処理物を得た。【００７４】
次に、第１糖化処理工程として、前記第１の処理物を５質量％−希硫酸でｐＨを４〜４．５の範囲に調整した後、糖化酵素１５ｋｇを加え、さらに前記リグノセルロース系バイオマスとしての稲藁の濃度が２６質量％になるように、水を加えた。そして、反応温度を５０℃に維持しながら第１の処理物を攪拌し、セルロース及びヘミセルロースの一部を加水分解させて糖を生成させることにより、流動可能な第２の処理物を得た。【００７５】
このとき、第１糖化処理工程開始から、０．５時間後、１時間後、２時間後、３時間後、４時間後、７２時間後にサンプルを抽出し、第２の処理物の粘度を測定した。結果を図４に示す。【００７６】
図４に示すように、第１糖化処理開始直後（０．５時間後）の粘度と糖化開始から１時間後の粘度を比較すると、約１／１０の粘度に低下して、１０００ｍＰａ・ｓ以下の粘度となっており、流動可能な状態であることが明らかである。【００７７】
また、前記第２の処理物の粘度は、糖化開始から２時間後に７３．２ｍＰａ・ｓ（２５．２℃）、３時間後に６１．９ｍＰａ・ｓ（２６．７℃）、４時間後に５６．７ｍＰａ・ｓ（２７．６℃）と、緩やかに低下し、７２時間後には３０．９ｍＰａ・ｓ（２５．１℃）となり、糖化開始から２時間経過した後は、急激な粘度の低下は観測されなかった。尚、粘度の後の温度は、測定時の液温を示す。【００７８】
次に、第１糖化処理工程で得られた流動可能な第２の処理物を、反応槽７から取り出し、導管４を介して、外気に接触することなく反応槽５に移送し、第２糖化処理工程として、反応槽５でｐＨ５．５、５０℃の条件下に糖化処理した。【００７９】
第２糖化処理開始直後、４時間後、７時間後、２４時間後にサンプルを抽出し、グルコースの濃度を測定した。結果を実施例として図５に示す。【００８０】
また、前記前処理後、第１糖化処理工程を行うことなく、第１の処理物を反応槽７から排出し、搬送用容器に移して反応槽５に移送した以外は、本実施例と全く同一にして、糖化処理し、グルコースの濃度を測定した。結果を比較例として図５に示す。【００８１】
図５において、四角形の点は実施例におけるグルコース濃度の変化を、三角形の点は比較例におけるグルコース濃度の変化を示している。【００８２】
図５に示すように、比較例では、生成したグルコースの濃度が一旦は増加するものの、糖化時間の経過とともに低減している。これは、前記搬送用容器を用いて反応槽７から反応槽５に移送する間に第１の処理物に雑菌が混入し、生成したグルコースが雑菌により消費された結果と考えられる。一方、実施例では、比較例に対して、グルコース濃度が糖化開始直後から高く、糖化時間の経過とともにさらに高くなっている。【００８３】
従って、第１の処理物及び第２の処理物を外気に非接触で反応槽５に移送し、反応槽５内で酵素糖化反応させて糖液を得ることにより、十分に高い濃度の糖液を得ることができることが明らかである。
【符号の説明】
【００８４】
１…処理装置、  ２，３，５，７…反応槽、  ２１，７１…反応容器、  ２２，７２…稲藁投入口、  ２３，７３…アンモニア水投入口、  ２４，７５…酵素投入口、  ２５，７４…圧力調整口、  ２６，７６…排出口、  ７７…駆動軸、  ７８…垂直軸、  ７９…駆動手段、  ８１…攪拌翼、  ８２…ジャケット部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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